Химические уравнения

# Схема химической реакции

При составлении уравнений химических реакций применяется закон сохранения массы веществ. При химических реакциях одни вещества (исходные вещества или реагенты) превращаются в другие (конечные вещества или продукты реакции).

Для записи и передачи информации о химических реакциях используются схемы и уравнения реакций.

Схема химической реакции — условная запись, дающая качественную информацию о химической реакции.

Схема реакции показывает, какие вещества вступают в реакцию и какие образуются в результате реакции. И в схемах, и в уравнениях реакций вещества обозначаются их формулами.

Схема горения серы записывается так:   
S₈ + O₂ → SO₂

Это означает, что при взаимодействии серы с кислородом протекает химическая реакция, в результате которой образуется диоксид серы SO₂ (сернистый газ). Все вещества здесь молекулярные, поэтому при записи схемы использованы молекулярные формулы этих веществ. 
То же относится и к схеме другой реакции — реакции горения белого фосфора:
P₄ + O₂ → P₄O₁₀

При нагревании до 900°C карбоната кальция CaCO₃ (мела, известняка) протекает химическая реакция: карбонат кальция превращается в оксид кальция CaO (негашеную известь) и диоксид углерода CO₂ (углекислый газ) по схеме:
CaCO₃ → CaO + CO₂

Для указания на то, что процесс происходит при нагревании, схему (и уравнение) обычно дополняют знаком «t» , а то, что углекислый газ при этом улетучивается, обозначают стрелкой, направленной вверх ↑:
${\mathrm{CaCO}}_3 \stackrel{\mathrm{t}}{\to } \mathrm{CaO} + {\mathrm{CO}}_2\uparrow$

Карбонат кальция и оксид кальция — вещества немолекулярные, поэтому в схеме использованы их простейшие формулы, отражающие состав их формульных единиц. Для молекулярного вещества — углекислого газа (CO₂) — использована молекулярная формула.

Рассмотрим схему реакции, протекающей при взаимодействия пентахлорида (пента — значит пять) фосфора с водой:
PCl₅ + H₂O → H₃PO₄ + HCl
Из схемы видно, что при этом образуется фосфорная кислота (H₃PO₄) и хлороводород (HCl).

# Краткая схема записи

Иногда для передачи информации о химической реакции бывает достаточно и краткой схемы этой реакции, например:
S₈ → SO₂; P₄ → P₄O₁₀; CaCO₃ → CaO

Надо помнить, что краткой схеме может соответствовать несколько разных реакций.

# Химическое уравнение

Химическое уравнение  — это условная запись химической реакции при помощи химических формул, знаков «+» (плюс),  «=» (равно) и коэффициентов.
Уравнение химической реакции дает качественную и количественную информацию о химической реакции.

Для любой химической реакции справедлив один из важнейших законов химии:
При протекании химических реакций атомы не появляются, не исчезают и не превращаются друг в друга.

Посмотрим на примере.
В результате химического взаимодействия серы (S) и железа (Fe) получено вещество —  сульфид железа (II) FeS — оно отличается от исходной смеси. 
Ни железо, ни сера не могут быть визуально обнаружены в нем. Невозможно их разделить и с помощью магнита — произошло химическое превращение.

Исходные вещества, принимающие участие в химических реакциях называются реагентами.

Новые вещества, образующиеся в результате химической реакции называются продуктами.

Запишем протекающую реакцию в виде уравнения химической реакции: Fe + S = FeS

# Коэффициенты уравнений химических реакций

При записи уравнений химических реакций, кроме формул веществ, используются коэффициенты. 

Коэффициенты — числа, стоящие перед формулами веществ и показывающие число частиц данного вещества
Индекс — показывает число атомов элемента в одной молекуле вещества, изображается справа внизу от символа элемента.

Как и в алгебре, коэффициент «1» в уравнении химической реакции не ставится, а подразумевается.

Запомни!
Коэффициент «1» перед формулой вещества не ставится, но учитывается при подсчёте суммы коэффициентов в уравнении реакции

Рассмотренные нами выше реакции описываются следующими уравнениями:

• 1S₈ + 8O₂ = 8SO₂  или S₈ + 8O₂ = 8SO₂;
• 1P₄ + 5O₂ = 1P₄O₁₀  или P₄ + 5O₂ = P₄O₁₀;
• 1CaCO₃ = 1CaO + 1CO₂  или CaCO₃ = CaO + CO₂;
• 1PCl₅ + 4H₂O = 1H₃PO₄ + 5HCl или PCI₅ + 4H₂O = H₃PO₄ + 5HCI.

Знак равенства между правой и левой частью уравнения означает, что число атомов каждого элемента, входящих в состав исходных веществ, равно числу атомов этого элемента, входящих в продукты реакции.

Коэффициенты в уравнении химической реакции показывают отношение между числом реагирующих и числом образующихся молекул (для немолекулярных веществ — числом формульных единиц) соответствующих веществ.

Обычно отдельный коэффициент в уравнении реакции не имеет никакого смысла, но в некоторых случаях может означать число молекул или формульных единиц данного вещества.

# Примеры информации, даваемой схемами и уравнениями реакций

1-й пример. Реакция горения метана в кислороде (или на воздухе):
СН₄ + O₂ → CO₂ + H₂O (схема)
СН₄ + 2O₂ = CO₂ + 2Н₂О (уравнение).

Схема химической реакции показывает, что (1) в реакции, протекающей между метаном и кислородом, образуются углекислый газ и вода.

Уравнение реакции добавляет, что (2) число молекул метана, вступившего в реакцию, относится к числу молекул вступившего в реакцию кислорода, как 1 к 2 (один к двум), и так далее, то есть:

Кроме того, уравнение показывает, что одна молекула метана реагирует с двумя молекулами кислорода, при этом образуется одна молекула углекислого газа и две молекулы воды.

2-й пример. Восстановление железа водородом из его оксида:
Fe₂O₃ + H₂ → Fe + H₂O (схема),
Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂О (уравнение).

Схема химической реакции показывает, что (1) при взаимодействии оксида железа (Fe₂O₃) с водородом (которое происходит при нагревании) образуются железо и вода.

Уравнение реакции добавляет к этому, что (2) число формульных единиц оксида железа, вступившего в реакцию, относится к числу вступивших в реакцию молекул водорода, как 1 к 3 (один к трем), и так далее. То есть:

Кроме того уравнение показывает, что одна формульная единица оксида железа реагирует с тремя молекулами водорода, при этом образуется два атома железа и три молекулы воды.

# Алгоритм составления химического уравнения

Составим, например, уравнение химической реакции взаимодействия фосфора (F) и кислорода (O₂).

1. В левой части уравнения записываем химические формулы реагентов (веществ, вступающих в реакцию). 
   Помните! Молекулы большинства простых газообразных веществ двухатомны — H₂; N₂; O₂; F₂; Cl₂; Br₂; I₂. 
   Между реагентами ставим знак «+», а затем стрелку:
   P + O2 →
2. В правой части (после стрелки) пишем химическую формулу продукта (вещества, образующегося при взаимодействии). 
   Помните! Химические формулы необходимо составлять, используя валентности атомов химических элементов:
   P + O₂ → P₂O₅
3. Согласно закону сохранения массы веществ число атомов до и после реакции должно быть одинаковым. Это достигается путём расстановки коэффициентов перед химическими формулами реагентов и продуктов химической реакции.
   - В начале уравнивают число атомов, которых в реагирующих веществах (продуктах) содержится больше. В данном случае это атомы кислорода.
   - Находим наименьшее общее кратное (общим кратным двух натуральных чисел называется наименьшее число, которое делится на оба эти числа нацело) чисел атомов кислорода в левой и правой частях уравнения. 
   В левой части у нас два атома кислорода (O₂), а в правой части пять (O₅). Наименьшее кратное для атомов фосфора — 10
4. Находим и расставляем коэффициенты у кислорода (выделены красным) путём деления наименьшего кратного на число атомов данного вида, а полученные числа ставим в уравнение реакции:
   P + 5O₂ → 2P₂O₅
5. Закон сохранения массы вещества еще не выполнен, так как число атомов фосфора в реагентах и продуктах реакции не равно. Поступаем аналогично ситуации с кислородом. 
   В правой части у нас получается четыре атома фосфора, так как появился коэффициент (2) от уравнивания кислорода (2P₂), 2*2=4
   В левой части у нас один атом фосфора. НОК фосфора у нас равен 4 (наименьшее число, которое делится и на 4 и на 1).
6. Получаем окончательный вид уравнения химической реакции. Стрелку заменяем на знак равенства.
   В левой части у нас четыре атома фосфора (4P) и десять атомов кислорода (5O₂) (5*2) и в правой части у нас четыре атома фосфора (2P₂) (2*2)  и десять атомов кислорода (2O₅) (2*5):
   4P + 5O₂ = 2P₂O₅ (Читается: четыре пэ плюс пять о-два равняется два пэ-два о-пять)
   Закон сохранения массы вещества выполнен.